Анотація до роботи:

Калькута С.А. Теоретичне дослідження кристалічної будови і електронної структури йонного провідника La_0.5Li_0.5TiO₃. – Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.02 – теоретична фізика. – Інститут магнетизму НАН України та МОН України, Київ, 2009.

Робота присвячена теоретичному дослідженню кристалічної і електронної будови йонного провідника La_(2-x)/3Li_xTiO₃. Дослідження проведено високоточним першопринципним методом FLAPW. На основі проведенних обчислень встановлено, що атомам лантану енергетично вигідно впорядковуватись в площинах, а йонам літію вигідно займати позиції в центрах граней кубів, утворених атомами титану. В роботі проведено аналіз кількості літієвих вакансій, що беруть участь в йонній провідності. Методом першопринципного моделювання досліджено імовірні шляхи дифузії йона літію в гратці La_0.5Li_0.5TiO₃. Обчислено величину енергетичного бар’єру, який має подолати йон літію при дифузії. Проведено порівняння з існуючими експериментальними даними. На основі результатів моделювання атомної будови сполуки La_0.5Li_0.5TiO₃, в дисертаційній роботі пропонується оптимізувати ефект йонної провідності цієї сполуки шляхом часткового заміщення атомів лантану атомами церію La_xCe_0.5-xLi_xTiO₃. Ця сполука є діелектриком і має бути літієвим провідником. Методом Монте-Карло проведено обчислення залежності кількості літієвих вакансій від концентрації йонів літію при різних температурах в гіпотетичній сполуці La_xCe_0.5-xLi_xTiO₃ і в сполуці La_(2-x)/3Li_xTiO₃. Показано, що кількість літієвих вакансій, які беруть участь в провідності, суттєво більша в La_xCe_0.5-xLi_xTiO₃. В дисертації робиться висновок, що сполука La_xCe_0.5-xLi_xTiO₃ мусить мати кращу йонну провідність в порівнянні з зразками La_(2-x)/3Li_xTiO₃.

Робота присвячена теоретичному дослідженню атомної і електронної структури сполуки La_0.5Li_0.5TiO₃, аналізу розподілу літієвих вакансій, що беруть участь в йонній провідності. Основні результати, одержані в дисертації:

1. Встановлено, що у впорядкованих структурах, що моделюють сполуку La_0.5Li_0.5TiO₃, енергетично вигідним є утворення послідовно межуючих шарів La-O і Li-O, що узгоджується з експериментальними результатами структурних досліджень. Показано, що у впорядкованих структурах, які моделюють сполуку La_0.5Li_0.5TiO₃, йону літію енергетично вигідно знаходитись в центрах граней кубів (утворених атомами Ti), що не містять в центрі атомів La.

2. Першопринципним методом FLAPW з використанням тривимірної локальної інтерполяції розраховані можливі шляхи дифузії йона літію у впорядкованій структурі, що моделює йонний провідник La_0.5Li_0.5TiO₃. Розрахована величина енергетичного бар'єру (0.44 еВ), який йон літію повинен подолати при такому русі, що узгоджується з експериментальним значенням 0.45 еВ.

3. Вивчена атомна і електронна будова декількох впорядкованих структур, що моделюють гіпотетичну сполуку La_0.25Ce_0.25Li_0.25TiO₃. Показано, що ця сполука є діелектриком і повинна мати властивість йонної провідності.

4. Методом Монте-Карло розрахована залежність числа літієвих вакансій від температури і концентрації йонів літію в La_(2-х)/3Li_xTiO₃. Проведено порівняння з експериментальними даними по вивченню йонної провідності в цьому йонному провіднику.

Цитована література

1. Blaha, P. WIEN2k, An Augumented Plane Wave + Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properteis / P. Blaha, K. Schwarz, G.K.H. Madsen, D. Kvasnicka and J. Luiz. // Tech. Universitt Wien, Austria, – 2001. ISBN 3-9501031-0-4.

2. Singh, D. Planewaves, Pseudopotential and the LAPW Method / D. Singh // – Boston, Dordrecht, London: Kluwer Academic, 1994. – P.134.

3. Ivachnenko, A.G. Selbstorganization von Vorheryagemodelen / A.G.Ivachnenko, J.A.Muller.–Berlin: VEB Velgrad Technik, 1984.

4. Diffusion coefficient measurements of La_2/3-xLi_3xTiO₃ using neutron radiography / S.Takai, T.Mandai, Y.Kawabata, T.Esaka // Solid State Ionics. – 2005. – Vol. 176. P.2227- 2233.

5. Perdew, J.P.. Generalized gradient approximation made simple / J.P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof // Physical Review Letters. – 1996. – Vol. 77, № 18. – P.3865–3868.

6. Order–disorder of the a-site ions and lithium ion conductivity in the perovskite solid solution La_0.67-xLi_3xTiO₃ (x=0.11) / Y. Harada, Y. Hirakoso, H. Kawai, J. Kuwano // Solid State Ionics – 1999. – Vol. 121. – P.245-251.

7. Influence of composition on the structure and conductivity of the fast ionic conductors La_2/3-xLi_3xTiO₃ (0.03

8. Kraus, W. – PowderCell program. – Federal Institute for Materials Research and Testing.

9. Sanchez, J.M. Generalized cluster description of multicomponent systems / J.M.Sanchez, F.Ducastelle, D.Gratias // Physica A.– 1984. – Vol. 128, no. 1-2. – P.334-350.

10. Connoly, J. W. D. Density-functional theory applied to phase transformations in transition-metal alloys / J.W.D. Connoly,A.R.Williams //Phys. Rev. B. – 1983. – Vol.27. –P.5169-5172.

11. Lithium ion conductivity of polycrystalline perovskite La_0.67-xLi_3xTiO₃ with ordered and disordered arrangements of the A-site ions / Y. Harada, T. Ishigaki, H. Kawai, J. Kuwano // Solid State Ionics. – 1998. – Vol. 108. – P.407-413.

12. Influence of quenching treatments on structure and conductivity of the Li_3xLa_2/3-xTiO₃ series / A. Varez, J. Ibarra, A. Rivera et al. // Chem. Mater. – 2003. – Vol. 15, no. 1. – P.225-232.

Публікації автора:

1^*. А.Н.Тимошевский. Исследование атомной и электронной структуры ионного проводника La_0.5Li_0.5TiO₃ / А.Н.Тимошевский, С.А.Калькута, Л.В.Тимошевская // УФЖ. – 2005. – Т.50, №8а. – С. A37-A44.

2^*. А.Н.Тимошевский. О природе ионной проводимости в системе La-Li-TiO₃ / А.Н.Тимошевский, С.А.Калькута // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. – 2008. – Т.6, №4. – С.1089-1102.

3^*. А.С.Бакай.О влиянии вакансий на электронные свойства бериллия / А.С.Бакай, А.Н.Тимошевский, С.А.Калькута, А.Месланг, В.П.Владимиров // ФНТ. – 2007. – Т.33, №10 – С.1170-1173.

4^*. A.Timoshevskii. New method for ecological monitoring based on the method of self-organising mathematical models / Andrei Timoshevskii, Vladimir Yeremin and Sergey Kalkuta // Ecological Modelling. – 2003. – Vol.162,№1-2. – P.1-13.